科學家用 iPS 細胞打造出 3D 大腦神經網路模型，有望協助神經退化性疾病研究
塔夫斯大學（Tufts University）研究團隊成功開發出一種 3D 大腦模型，在工程學院、醫學院、Sackler 學院及傑克遜實驗室（Jackson Laboratory）的合作下，模型不僅是模仿大腦的結構和功能特徵，甚至還可以展示「神經活動」，隨著研究持續，相信未來對神經疾病的相關認知將會更加深入。
過去科學家在 2D 模型中生長、培養腦組織細胞，但因為 2D 的限制．並無法觀察天然神經網路的複雜性，即使是成功打造的 3D 模型也都缺少一個關鍵成分──來自活人的神經元。由於神經元很少會從健康患者身上移除，同時通常被限制在患者死後才可用，這也為相關研究增添了困難性。
隨著幹細胞技術的進步，可以從皮膚在內許多部位取得的誘導性多功能幹細胞（iPSCs）也為相關大腦研究帶來了曙光。透過將 iPS 細胞轉化為神經元，並訓練它們在由絲蛋白（silk protein）和膠原蛋白製成的支架上生長，團隊成功打造出它們稱之為「大腦環境」（a model of the brain environment）的模型。
儘管過去也有其他團隊運用 iPS 細胞製作出類似大腦的類器官，但塔夫斯團隊的大腦環境因為具有多孔結構，為神經元提供了關鍵的氧合作用（oxygenation）和營養，因此可以在天然的狀態下發揮作用，同時每個 3D 培養矩陣中心的「窗戶」也讓研究人員可以視覺觀察每個細胞的生長、組織以及行為。
▲ 阿茲海默症患者的神經元（綠色）與星形膠質細胞（astrocytes, 紅色標記）一同存在於絲蛋白和膠原蛋白的打造的多孔基質（藍色）。（Source：Tufts University）
論文第一作者、塔夫茨大學 Sackler 學院 William Cantley 表示，無論使用的是來自健康個體的細胞或是患者的細胞，在 3D 組織模型中的神經網路生長都是非常持續且一致的。隨著阿茲海默症、帕金森氏症和其他神經疾病患者細胞得以使用，這項突破意味著團隊現在可以研究這些疾病是如何開始、進程又是如何，以及對治療會做出何種反應。
團隊正在思考如何使模型更為複雜，同時也在研究涉及訊息傳導、學習、可塑性及退化的相互作用。研究已經刊登在《ACS 生物材料科學與工程》（生物材料科學與工程）期刊上。
（首圖來源：shutterstock）